Cs-137 Integral Release (PBq)

P R E S E N T E D B Y

Sandia National Laboratories is a multimission laboratory managed and operated by National Technology & Engineering Solutions of Sandia, LLC, a wholly owned subsidiary of Honeywell International Inc., for the U.S. Department of Energy’s National Nuclear Security Administration under contract DE-NA0003525.

SAND2019-XXXX C

Atmospheric Transport Results for BSAF Phase 2

N.   E.   Bixler

Coauthor:   D.   J.   Clayton

Sandia   National   Laboratories

P re s e nte d   at   1 1

E M U G   M e et i n g ,   April   4   – 5 ,   2 0 1 9 ,   Brug g ‐ Windisch,  Swit ze r land

1

Contents

2

 Objectives

 Sources of uncertainty

 Results

 Summary

Objectives of Atmospheric Transport Analysis at Fukushima

3

 Provide guidance to source‐term modelers by estimating  ground deposition patterns 

 Focus on Cs‐137 (best quantified of the released isotopes) 

 Deposition pattern depends critically on chronological alignment of release  with weather pattern 

 Benchmark atmospheric transport models against real data

 HYSPLIT Lagrangian particle tracking model 

 As a stand‐alone model 

 Integrated with MACCS

Two Major Sources of Uncertainty

4

 Uncertainty in weather was investigated using three  sources of weather data, all from NOAA

 WRF (Weather Research and Forecasting) model, generated in  2014 

 4‐km spatial, 20 min temporal discretization

 No nudging 

 GDAS (Global Data Assimilation System) 

 0.5 degrees spatial, 3 hour temporal discretization

 No nudging

 WRF model, generated in 2017 

 4‐km spatial, 5 min temporal discretization

 Nudged with observations 

 Uncertainty in source term was assessed using source 

terms from BSAF contributors 

Meteorological Data for First 7 Days

5

 Weather data have similar  trends

but

 Significant variations in 

detail

Evolution of Integral Release Estimated by NRC/SNL

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 Curves indicate evolution of integral release for three units as  estimated by NRC/SNL over the course of BSAF Phase II 

 Many of the initial and boundary conditions needed to estimate  accident progression were poorly understood 

 Initial damage state was unknown 

 Water injection may have failed, succeeded, or partially succeeded  

0 5 10 15 20 25 30 35 40

0 5 10 15 20 25 30

Cs-137 Integr al Release (PBq)

Elaspsed Time (day)

H Terada et al.

IRSN

IRSN (update) JAEA/NSC JNES/TEPCO Stohl et al.

TEPCO Winiarek et al.

ZAMG

SNL MELCOR 7/2016 SNL MELCOR 1/2017 SNL MELCOR 7/2017 SNL MELCOR 1/2018 SNL MELCOR 5/2018

Weather Data Comparison

7

Plots use

• Consistent scale

• Consistent

isopleth shading (1 additional level in SNL plots)

SNL MELCOR 5/2018 WRF 2017

WRF 2014 GDAS

Predicted Ground Deposition

8

WRF 2017 SNL MELCOR 5/2018 Source Term

Contributions to Deposition Pattern from Individual Units

9

• Figures show final deposition patterns created by each unit based  on final NRC/SNL source term using WRF 2017 weather data

• Unit 1 contributes very little to the overall pattern

• Unit 2 and, to a lesser extent, Unit 3 create much of the NW  deposition pattern, mostly on 3/15 

Unit 1 Unit 2 Unit 3

BSAF Source Terms

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 SNL received source terms from eight BSAF organizations

 Four provided a source term for all three units

 GRS (Germany) reconstructed a source term using data from  radiation monitors in the area surrounding Fukushima 

(reverse method) 

Organization Country Code Units SNL  USA MELCOR  1, 2, & 3

IAE  Japan  SAMPSON 1, 2, & 3 IRSN  France   ASTEC  1, 2, & 3 KAERI Korea MELCOR 1, 2, & 3

CIEMAT Spain MELCOR 1

CNL  Canada   MELCOR  2

CRIEPI  Japan   MAAP  2

PSI  Switzerland MELCOR   3

Total Source Term Comparison

11

Total Deposition Comparison

12

GRS REVERSE METHOD NRC/SNL MELCOR

IRSN ASTEC

IAE SAMPSON KAERI MELCOR

Using WRF 2017 Weather Data

Summary of Fukushima ATD Modeling

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 NRC/SNL evaluated atmospheric transport with  HYSPLIT and MACCS

 Uncertainty in meteorology makes a significant  difference in the deposition pattern

 Uncertainty in source term makes an even larger  difference in the deposition pattern

 Insights from atmospheric transport modeling 

improved the fidelity of the source terms over the  course of BSAF Phase II

 BSAF results have provided preliminary guidance 

for decommissioning the Fukushima Daiichi units

List of Acronyms

14

14

ATD Atmospheric Transport and Dispersion

BSAF Benchmark Study of the Accident at the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station Project CRAC  Calculation of Reactor Accident Consequences

DCF Dose Conversion Factor

DHS Department of Homeland Security GDAS Global Data Assimilation System

GDP Gross Domestic Product

HYSPLIT Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory MACCS MELCOR Accident Consequence Code System

MUPSA Multi‐Unit Probabilistic Safety Assessment

NISAC National Infrastructure Simulation and Analysis Center NOAA National Oceanic and Atmospheric Administration  NRC Nuclear Regulatory Commission 

PRA Probabilistic Risk Assessment

RDEIM Regional Disruption Economic Impact Model  REAcct Regional Economic Accounting tool

SGTR Steam Generator Tube Rupture  SNL Sandia National Laboratories

SOARCA State‐of‐the‐Art Reactor Consequence Analyses WRF Weather Research and Forecasting Model